【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は鋳型組成物に関し、特に可使時間が長
く、しかも酸硬化性有機鋳型と共用することがで
きる無機鋳型組成物に関する。
従来より鋳鋼を製造するための鋳型には、CO2
法をはじめダイカル法、エステル法、Ｎプロセス
法、セメント法等で知られているように無機粘結
剤が使用されている。しかし、崩壊性が悪い、寸
法精度が悪い、古砂の再生利用が充分にできない
等の欠点を有している。
このため、近年では崩壊性が良好で、寸法精度
も高く、古砂の再生利用ができる等優れた性質を
持つた有機自硬性鋳型が多く使用されるようにな
り、鋳鋼には特にこの中で高い熱間強度を示すフ
ラン鋳型等の酸硬化性有機鋳型が利用されてい
る。しかし、これら有機鋳型は鋳造時に熱分解し
て一酸化炭素や炭化水素含有ガスが多量に発生
し、低炭素鋳鋼品において、その表面層０〜５mm
に浸炭現象が発生するため高品質低炭素鋳鋼品
に、このような有機鋳型は使用できないという問
題があつた。
一方、この酸硬化性有機鋳型の優れた性質であ
る、崩壊性が良好であること、古砂の再生利用が
できること、生産性が高いこと、コストが安くつ
くこと等を有効に活用して、かつ浸炭のない高品
質低炭素鋳鋼品を製造することが切望されてい
る。このためには、炭素含有ガスの発生がなく、
浸炭現象を起さない無機鋳型を鋳物に接する表面
層に肌砂として用い、この上に裏砂として酸硬化
性有機鋳型を造型でき、しかもこの無機鋳型が酸
硬化性有機鋳型に接触したり、混合しても、ほと
んど悪影響を与えずに使用できることが必要であ
る。
本発明は、斬る要求に応えるべくなされたもの
で、その要旨とするところは、酸硬化性有機鋳型
と共存できる無機鋳型用組成物として、(1)鋳物用
砂、(2)アルミニウムと鉄のモル比率が95：５〜
10：90の範囲のリン酸のアルミニウム・鉄複合塩
水溶液と、３酸化鉄から成る組成物にある。
本発明における(1)の鋳物用砂は、従来から用い
られている珪砂、ジルコン砂、クロコイト砂等を
使用することができる。
次に、本発明における(2)のリン酸のアルミニウ
ム・鉄複合塩水溶液について、説明する。
すなわち、鉄を含有しない従来のリン酸アルミ
ニウム水溶液を鋳型組成物として用いると、硬化
速度が速過ぎて、温度が高いと使用できない欠点
を有していた。そこで、硬化速度を遅くするた
め、リン酸に対するアルミニウムの比率を増大さ
せる方法が提案されたが、その水溶液の安定性が
著しく短いという欠点を有していた。これに対
し、本発明は、リン酸に対するアルミニウムの比
率を増大させることなく、アルミニウムの一部を
鉄で置換することによつて、著しく硬化速度を遅
くすることに成功したものである。しかも、アル
ミニウムと鉄のモル比率を変えることにより、硬
化速度を広範囲に調節できる特徴を有し、鉄を多
くするほど硬化速度を遅くすることができる。本
発明において、アルミニウムと鉄のモル比率を
95：５〜10：90に限つたのは、鉄含有量が５モル
％以下では硬化速度を遅くするのに不充分であ
り、また90モル％以上では水溶液の安定性が悪化
するからである。上記の鋳物用砂１に対するリン
酸のアルミニウム・鉄複合塩水溶液２の添加量
は、0.6〜10重量％が好ましい。
また、本発明における(3)の酸化鉄は、組成物の
硬化剤として使用する。その使用量は、リン酸の
アルミニウム・鉄複合塩水溶液２に対して普通20
〜60重量％の範囲で使用できるが、これに限定さ
れるものではない。この酸化鉄(3)は、FeO，Fe3
O4，Fe2O3のいずれの形態でも使用でき、特に好
ましいのはFe3O4である。これらは、粉末の状態
でも使用できるし、液体に分散させて使用するこ
ともできる。
本発明組成物を肌砂として用い、酸硬化性有機
鋳型組成物を裏砂としてバツクアツプに用いて
も、お互いに硬化阻害することなく、硬化し、肌
砂と裏砂は充分に接着する。また鋳造時に肌砂が
裏砂に混入して回収されても、裏砂に悪影響をお
よぼすことはない。
本発明組成物は、高品質低炭素鋳鋼品の製造用
鋳型、ステンレス鋳鋼品の製造用鋳型、薄肉鋳鋼
品の製造用鋳型等に適用できる。
実施例 １
攪拌機、冷却器、温度計を設えた反応容器に85
％リン酸を40モル投入し、次いで酸化鉄（Fe2
O3）を１モル添加し、110℃で１時間反応させ
た。さらに水酸化アルミニウム９モルを徐々に添
加しながら、80℃で２時間反応させ、所定量の水
を添加して有効成分濃度60％であるリン酸のアル
ミニウム・鉄複合塩水溶液を合成した。
珪砂（三栄５号砂）100重量部に対して、上記
リン酸のアルミニウム・鉄複合塩水溶液を４重量
部添加して攪拌機で１分間混合した。さらに硬化
剤として325メツシユパスの酸化鉄微粉末（Fe3
O4）を1.6重量部添加して２分間混合した。
この混合砂を標準の50φmmのテストピースに成
型して強度試験を実施した結果、表１に示すよう
な経過時間による圧縮強さが得られた。
また、この混合砂は十分な可使時間をとること
ができ、約4tの鋳型も十分に成型することができ
た。
この鋳型に約1tの低炭素ステンレス鋳鋼品を
1600℃で鋳込んだところ、鋳型の崩壊性も良好
で、浸炭のない健全な製品が製造できた。
実施例２〜５
実施例１のリン酸のアルミニウム・鉄複合塩水
溶液合成方法において、表１の組成表に示す通
り、酸化鉄（Fe2O3）と水酸化アルミニウムの添
加量を、
実施例２の場合、それぞれ３モルと７モル、
実施例３の場合、それぞれ５モルと５モル、
実施例４の場合、それぞれ７モルと３モル、
実施例５の場合、それぞれ９モルと１モル、
とする他は実施例１の合成法により、有効成分濃
度60％であるリン酸のアルミニウム・鉄複合塩水
溶液を合成した。
上記の水溶液を用い、実施例１と同様に混合砂
を調整し、標準の50φmmのテストピースに成型し
て強度試験を実施した結果、表１に示す圧縮強さ
が得られた。
表１から明らかなように、本発明によるリン酸
のアルミニウム・鉄複合塩は、アルミニウムに対
する鉄の比率が増大するほど硬化速度を遅くする
ことができることが判る。すなわち、鉄の比率を
変えることにより硬化速度が自由に変えられるこ
とが判る。
実施例２〜５とも混合砂は気温が30℃に上昇し
ても十分に可使時間をとることができた。また、
これらの混合砂で成型した鋳型に約500Kgのステ
ンレス鋳鋼品を1600℃で鋳込んだところ、浸炭の
ない健全な製品が製造できた。
実施例 ６
実施例１で合成されたリン酸のアルミニウム・
鉄複合塩水溶液をフリーマントル珪砂100重量部
に対して2.5重量部、酸化鉄微粉末（Fe3O4）を
1.0重量部添加した混合砂について強度試験を実
施した結果、表１に示す強度が得られた。
この混合砂は十分な可使時間をとることがで
き、実用に十分な強度が得られた。
また、この混合砂を肌砂として約100mm厚さに
造型し、その上に裏砂として酸硬化性自硬性砂で
あるフラン樹脂配合砂を造型した。フラン樹脂配
合砂の割合はフリーマントル珪砂100重量部に対
してフラン樹脂1.0重量部、酸性硬化触媒0.4重量
部を配合したものを使用した。
肌砂と裏砂は互いに硬化阻害することなく、硬
化反応し接着することができた。
このようにして製作した鋳型に約4tの低炭素ス
テンレス鋳鋼品を1600℃で鋳込した結果、鋳型の
崩壊性は良好で、浸炭のない健全な製品ができ
た。
比較例
反応容器に85％リン酸40モル投入し、次いで水
酸化アルミニウム10モルを徐々に添加しながら、
70℃で２〜5Hr反応させて、有効成分60％のリン
酸アルミニウム水溶液を調整した。
三栄５号珪砂100重量部に対して、上記リン酸
アルミニウム水溶液４重量部添加して、さらに酸
化鉄微粉末（Fe3O4）を1.6重量部添加した混合砂
を成型して強度試験したところ、表１に示す通り
であり、また20℃で可使時間は短かく４〜５分程
度しか確保できなかつた。30℃の場合は可使時間
を確保することが困難であつた。
The present invention relates to a mold composition, and particularly to an inorganic mold composition that has a long pot life and can be used in conjunction with acid-curable organic molds. Conventionally, molds for producing cast steel contain CO 2
Inorganic binders are used as known in the Dical method, ester method, N process method, cement method, etc. However, it has drawbacks such as poor collapsibility, poor dimensional accuracy, and insufficient recycling of old sand. For this reason, in recent years organic self-hardening molds, which have excellent properties such as good collapsibility, high dimensional accuracy, and the ability to recycle old sand, have come into widespread use, especially for cast steel. Acid-curable organic molds such as furan molds that exhibit high hot strength are used. However, these organic molds decompose thermally during casting, generating large amounts of carbon monoxide and hydrocarbon-containing gases, and the surface layer of 0 to 5 mm
There was a problem in that such organic molds could not be used for high-quality low-carbon cast steel products because of the carburization phenomenon that occurs. On the other hand, by effectively utilizing the excellent properties of this acid-curable organic mold, such as good disintegration, the ability to recycle old sand, high productivity, and low cost, There is a strong desire to produce high-quality, low-carbon cast steel products without carburization. For this purpose, there is no generation of carbon-containing gas,
An inorganic mold that does not cause carburization is used as a surface layer in contact with the casting, and an acid-curing organic mold can be formed on top of this as a backing sand. It is necessary that they can be mixed together and used with almost no adverse effects. The present invention was made in response to the demand for cutting, and the gist of the present invention is to use (1) foundry sand, (2) aluminum and iron as an inorganic mold composition that can coexist with acid-curable organic molds. Molar ratio is 95:5~
The composition consists of an aluminum/iron composite salt aqueous solution of phosphoric acid in a ratio of 10:90 and iron trioxide. As the foundry sand (1) in the present invention, conventionally used silica sand, zircon sand, crocoite sand, etc. can be used. Next, the aluminum/iron composite salt aqueous solution of phosphoric acid (2) in the present invention will be explained. That is, when a conventional aluminum phosphate aqueous solution containing no iron is used as a mold composition, the curing speed is too fast and the solution cannot be used at high temperatures. Therefore, in order to slow down the curing speed, a method of increasing the ratio of aluminum to phosphoric acid was proposed, but this method had the disadvantage that the stability of the aqueous solution was extremely short. In contrast, the present invention has succeeded in significantly slowing down the curing rate by substituting part of the aluminum with iron without increasing the ratio of aluminum to phosphoric acid. Moreover, by changing the molar ratio of aluminum and iron, the curing rate can be adjusted over a wide range, and the more iron is added, the slower the curing rate can be. In the present invention, the molar ratio of aluminum and iron is
The reason why the iron content is limited to 95:5 to 10:90 is that if the iron content is less than 5 mol%, it is insufficient to slow down the curing speed, and if it is more than 90 mol%, the stability of the aqueous solution deteriorates. The amount of the phosphoric acid aluminum/iron composite salt aqueous solution 2 added to the foundry sand 1 is preferably 0.6 to 10% by weight. Further, iron oxide (3) in the present invention is used as a curing agent for the composition. The amount used is usually 20 to 2 parts of an aqueous solution of aluminum/iron composite salt of phosphoric acid.
It can be used in a range of up to 60% by weight, but is not limited thereto. This iron oxide (3) is FeO, Fe 3
Either O 4 or Fe 2 O 3 can be used, and Fe 3 O 4 is particularly preferred. These can be used either in powder form or dispersed in liquid. Even when the composition of the present invention is used as the skin sand and the acid-curable organic molding composition is used as the backing sand in a backup, they will harden without inhibiting each other's curing, and the skin sand and the backing sand will sufficiently adhere to each other. Furthermore, even if the skin sand mixes with the back sand during casting and is recovered, the back sand will not be adversely affected. The composition of the present invention can be applied to molds for manufacturing high-quality low-carbon steel castings, stainless steel castings, thin-walled steel castings, and the like. Example 1 In a reaction vessel equipped with a stirrer, a cooler, and a thermometer, 85
% phosphoric acid, then iron oxide (Fe 2
1 mol of O 3 ) was added, and the mixture was reacted at 110° C. for 1 hour. Furthermore, while 9 moles of aluminum hydroxide was gradually added, the reaction was carried out at 80° C. for 2 hours, and a predetermined amount of water was added to synthesize an aqueous solution of aluminum/iron composite salt of phosphoric acid having an active ingredient concentration of 60%. To 100 parts by weight of silica sand (Sanei No. 5 sand), 4 parts by weight of the aluminum/iron composite salt aqueous solution of phosphoric acid was added and mixed for 1 minute using a stirrer. In addition, 325 mesh iron oxide fine powder (Fe 3
1.6 parts by weight of O 4 ) was added and mixed for 2 minutes. This mixed sand was molded into a standard 50mm test piece and a strength test was conducted, and as a result, the compressive strength over time as shown in Table 1 was obtained. In addition, this mixed sand had a sufficient pot life and was able to form molds of approximately 4 tons. Approximately 1 ton of low carbon stainless steel castings are placed in this mold.
When cast at 1600℃, the mold disintegrated well and a healthy product without carburization was produced. Examples 2 to 5 In the method for synthesizing an aluminum/iron composite salt aqueous solution of phosphoric acid in Example 1, the amounts of iron oxide (Fe 2 O 3 ) and aluminum hydroxide added were changed as shown in the composition table of Table 1. 2, 3 mol and 7 mol, respectively, Example 3, 5 mol and 5 mol, respectively, Example 4, 7 mol and 3 mol, respectively, Example 5, 9 mol and 1 mol, respectively. An aluminum/iron composite salt aqueous solution of phosphoric acid having an active ingredient concentration of 60% was synthesized by the synthesis method of Example 1 except for the following. Using the above aqueous solution, mixed sand was prepared in the same manner as in Example 1, molded into a standard 50 mm test piece and subjected to a strength test. As a result, the compressive strengths shown in Table 1 were obtained. As is clear from Table 1, in the aluminum/iron composite salt of phosphoric acid according to the present invention, the curing rate can be decreased as the ratio of iron to aluminum increases. That is, it can be seen that the curing rate can be freely changed by changing the iron ratio. In all of Examples 2 to 5, the mixed sand had a sufficient pot life even when the temperature rose to 30°C. Also,
When approximately 500 kg of stainless steel castings were cast at 1600°C into molds made from these mixed sands, a healthy product without carburization was produced. Example 6 Aluminum phosphoric acid synthesized in Example 1
2.5 parts by weight of iron composite salt aqueous solution per 100 parts by weight of Freemantle silica sand, and fine iron oxide powder (Fe 3 O 4 ).
As a result of conducting a strength test on the mixed sand to which 1.0 part by weight was added, the strengths shown in Table 1 were obtained. This mixed sand had a sufficient pot life and had sufficient strength for practical use. In addition, this mixed sand was molded to a thickness of approximately 100 mm as a skin sand, and furan resin blended sand, which is an acid-curing self-hardening sand, was molded on top of it as a back sand. The ratio of the furan resin-blended sand was such that 1.0 parts by weight of furan resin and 0.4 parts by weight of acidic curing catalyst were mixed with 100 parts by weight of Fremantle silica sand. The skin sand and the back sand were able to undergo a curing reaction and bond without inhibiting each other from curing. Approximately 4 tons of low-carbon stainless steel castings were poured into the molds manufactured in this way at 1,600℃, resulting in good mold disintegration and a sound product without carburization. Comparative example: 40 moles of 85% phosphoric acid was put into a reaction vessel, and then 10 moles of aluminum hydroxide was gradually added.
The reaction was carried out at 70°C for 2 to 5 hours to prepare an aluminum phosphate aqueous solution containing 60% of the active ingredient. 4 parts by weight of the above aluminum phosphate aqueous solution was added to 100 parts by weight of Sanei No. 5 silica sand, and a mixed sand was molded and strength tested. , as shown in Table 1, and the pot life at 20° C. was short and could only be secured for about 4 to 5 minutes. At 30°C, it was difficult to secure a pot life.
【表】【table】
【表】
×印は未硬化を示す。
[Table] × indicates uncured.